O que determina o comportamento químico de um átomo?

Os elementos são feitos de átomos, e a estrutura do átomo determina como ele se comportará ao interagir com outros produtos químicos. A chave para determinar como um átomo se comportará em diferentes ambientes está no arranjo dos elétrons dentro do átomo.

TL; DR (muito longo; Não li)

Quando um átomo reage, pode ganhar ou perder elétrons ou pode compartilhar elétrons com um átomo vizinho para formar uma ligação química. A facilidade com que um átomo pode ganhar, perder ou compartilhar elétrons determina sua reatividade.

Os átomos consistem em três tipos de partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. A identidade de um átomo é determinada por seu número de prótons ou número atômico. Por exemplo, qualquer átomo com 6 prótons é classificado como carbono. Os átomos são entidades neutras, então eles sempre têm números iguais de prótons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente. Diz-se que os elétrons orbitam o núcleo central, mantidos em posição pela atração eletrostática entre o núcleo carregado positivamente e os próprios elétrons. Os elétrons são organizados em níveis de energia ou camadas: áreas definidas do espaço ao redor do núcleo. Os elétrons ocupam os níveis de energia mais baixos disponíveis, ou seja, os mais próximos do núcleo, mas cada nível de energia pode conter apenas um número limitado de elétrons. A posição dos elétrons mais externos é a chave para determinar o comportamento de um átomo.

O número de elétrons em um átomo é determinado pelo número de prótons. Isso significa que a maioria dos átomos tem um nível de energia externa parcialmente preenchido. Quando os átomos reagem, eles tendem a tentar atingir um nível máximo de energia externa, seja perdendo elétrons externos, ganhando elétrons extras ou compartilhando elétrons com outro átomo. Isso significa que é possível prever o comportamento de um átomo examinando sua configuração eletrônica. Gases nobres como néon e argônio são notáveis ​​por seu caráter inerte: eles não participam de reações químicas, exceto em circunstâncias muito extremas, pois eles já têm uma energia externa completa e estável nível.

A Tabela Periódica dos Elementos é organizada de forma que os elementos ou átomos com propriedades semelhantes sejam agrupados em colunas. Cada coluna ou grupo contém átomos com um arranjo eletrônico semelhante. Por exemplo, elementos como sódio e potássio na coluna da esquerda da Tabela Periódica contêm, cada um, 1 elétron em seu nível de energia mais externo. Diz-se que eles estão no Grupo 1 e, como o elétron externo é apenas fracamente atraído pelo núcleo, ele pode ser perdido facilmente. Isso torna os átomos do Grupo 1 altamente reativos: eles perdem prontamente seu elétron externo em reações químicas com outros átomos. Da mesma forma, os elementos do Grupo 7 têm uma única vaga em seu nível de energia externa. Como os níveis completos de energia externa são os mais estáveis, esses átomos podem atrair prontamente um elétron adicional quando reagem com outras substâncias.

Energia de ionização (I.E.) é uma medida da facilidade com que os elétrons podem ser removidos de um átomo. Um elemento com baixa energia de ionização reagirá prontamente perdendo seu elétron externo. A energia de ionização é medida para a remoção sucessiva de cada elétron de um átomo. A primeira energia de ionização se refere à energia necessária para remover o primeiro elétron; a segunda energia de ionização se refere à energia necessária para remover o segundo elétron e assim por diante. Ao examinar os valores das sucessivas energias de ionização de um átomo, seu comportamento provável pode ser previsto. Por exemplo, o elemento cálcio do Grupo 2 tem um baixo 1o I.E. de 590 quilojoules por mol e um 2o I.E. de 1145 quilojoules por mol. No entanto, a 3ª I.E. é muito maior em 4.912 kilojoules por mol. Isso sugere que, quando o cálcio reage, é mais provável que perca os dois primeiros elétrons facilmente removíveis.

A afinidade de elétrons (Ea) é uma medida de quão facilmente um átomo pode ganhar elétrons extras. Átomos com baixa afinidade de elétrons tendem a ser muito reativos, por exemplo o flúor é o mais elemento reativo na Tabela Periódica e tem uma afinidade eletrônica muito baixa em -328 quilojoules por mole. Tal como acontece com a energia de ionização, cada elemento tem uma série de valores que representam a afinidade eletrônica da adição do primeiro, segundo e terceiro elétrons e assim por diante. Mais uma vez, as sucessivas afinidades eletrônicas de um elemento dão uma indicação de como ele reagirá.